(57)【要約】【課題】被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が変化し易いハニカムフィルタを提供する。【解決手段】ハニカムフィルタ１００は、互いに平行な複数の流路１１０を有すると共に端面１００ａ，１００ｂを有し、複数の流路１１０が、端面１００ｂ側の端部が封口された複数の流路１１０ａと、端面１００ａ側の端部が封口された複数の流路１１０ｂと、を有し、端面１００ａにおける複数の流路１１０ａの開口面積の合計が、端面１００ｂにおける複数の流路１１０ｂの開口面積の合計よりも大きく、流路１１０ａの水力直径が１．４ｍｍ以下である。【選択図】図２
2013128913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な複数の流路を有するハニカムフィルタであって、
前記ハニカムフィルタが、第１の端面と、当該第１の端面の反対側に位置する第２の端面と、を有し、
前記複数の流路が、前記第２の端面側の端部が封口された複数の第１の流路と、前記第１の端面側の端部が封口された複数の第２の流路と、を有し、
前記第１の端面における前記複数の第１の流路の開口面積の合計が、前記第２の端面における前記複数の第２の流路の開口面積の合計よりも大きく、
前記第１の流路の水力直径が１．４ｍｍ以下である、ハニカムフィルタ。
【請求項２】
前記第２の流路の水力直径が前記第１の流路の前記水力直径よりも大きい、請求項１に記載のハニカムフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカムフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカムフィルタは、被捕集物を含む流体から当該被捕集物を除去するセラミックスフィルタとして用いられており、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関から排気される排気ガスを浄化するための排ガスフィルタとして用いられている。このようなハニカムフィルタは、隔壁に仕切られた互いに平行な複数の流路を有しており、複数の流路のうちの一部の一端及び複数の流路のうちの残部の他端が封口されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５３７７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、被捕集物を含む流体がハニカムフィルタ内に供給されるに伴い、ハニカムフィルタにおける隔壁の表面や隔壁の内部に被捕集物が堆積する。この場合、被捕集物がハニカムフィルタ内に過剰に堆積すると、ハニカムフィルタ内における流体の移動が妨げられてハニカムフィルタの浄化性能が低下する。そのため、ハニカムフィルタ内に一定量の被捕集物を堆積させた後に、被捕集物を燃焼除去するためにハニカムフィルタの燃焼再生が行われる。
【０００５】
ここで、ハニカムフィルタ内に過剰量の被捕集物が堆積した状態で燃焼再生を行うと、ハニカムフィルタに過度の熱応力が負荷され、ハニカムフィルタの熱破損や溶損が引き起こる場合がある。このような観点から、過剰量の被捕集物が堆積する前に再生燃焼を行うことが望ましい。
【０００６】
ハニカムフィルタ内の被捕集物の堆積量は、被捕集物の堆積に伴い増加する圧力損失に基づき推定されることがある。この場合、過剰量の被捕集物が堆積する前に再生燃焼を行う方法の一つとして、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が変化し易いハニカムフィルタを用いることが有効である。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が変化し易いハニカムフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明に係るハニカムフィルタは、互いに平行な複数の流路を有するハニカムフィルタであって、ハニカムフィルタが、第１の端面と、当該第１の端面の反対側に位置する第２の端面と、を有し、複数の流路が、第２の端面側の端部が封口された複数の第１の流路と、第１の端面側の端部が封口された複数の第２の流路と、を有し、第１の端面における複数の第１の流路の開口面積の合計が、第２の端面における複数の第２の流路の開口面積の合計よりも大きく、第１の流路の水力直径（水力相当径、hydraulic  diameter）が１．４ｍｍ以下である。なお、本明細書において「流路の水力直径」とは、対象となる流路を当該流路の軸方向（長手方向）に対して垂直に切断して得られる断面の断面積と同等の断面積を有する真円の直径をいう。
【０００９】
流体に含まれる被捕集物を捕集するに際しては、被捕集物の捕集効率を向上させる観点から、被捕集物を含む流体が、流路の開口面積の合計が大きい端面側からハニカムフィルタ内に供給されることがある。本発明に係るハニカムフィルタでは、被捕集物を含む流体を第１の端面側からハニカムフィルタ内に供給する場合において、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失を変化し易くすることができる。これにより、過剰量の被捕集物が堆積する前に再生燃焼を行うことが容易となり、再生燃焼に際してハニカムフィルタに過度の熱応力が負荷されてハニカムフィルタの熱破損や溶損が引き起こることを抑制することができる。
【００１０】
上記のとおり圧力損失が変化し易くなる要因について、本発明者は以下のとおり推測している。但し、要因は下記に限られるものではない。すなわち、本発明者の知見によれば、第１の流路の水力直径が大きい場合には、各第１の流路に流入する被捕集物の量が多くなることにより、流路における第２の端面側に被捕集物が堆積し易くなり、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が変化しにくくなるものと推測される。一方、本発明では、第１の流路の水力直径が１．４ｍｍ以下であることにより、各第１の流路に流入する被捕集物の量を少なくすることができる。これにより、第１の流路の水力直径が１．４ｍｍを超える場合に比して、第１の流路における第２の端面側に被捕集物が堆積することが抑制され、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が変化し易くなる。
【００１１】
第２の流路の水力直径は、第１の流路の水力直径よりも大きいことが好ましい。この場合、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失を更に変化し易くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が変化し易いハニカムフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るハニカムフィルタを模式的に示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るハニカムフィルタを模式的に示す図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】圧力損失の測定装置を模式的に示す図である。
【図６】圧力損失の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
＜ハニカムフィルタ＞
図１は、第１実施形態に係るハニカムフィルタを模式的に示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）における領域Ｒ１の拡大図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。ハニカムフィルタ１００は、一方の端面（第１の端面）１００ａと、端面１００ａの反対側に位置する他方の端面（第２の端面）１００ｂと、を有している。
【００１６】
ハニカムフィルタ１００は、互いに平行に伸びる複数の流路１１０を有する円柱体である。複数の流路１１０は、ハニカムフィルタ１００の中心軸に平行に伸びる隔壁１２０により仕切られている。複数の流路１１０は、複数の流路（第１の流路）１１０ａと、流路１１０ａに隣接する複数の流路（第２の流路）１１０ｂとを有している。流路１１０ａ及び流路１１０ｂは、端面１００ａ，１００ｂに対して垂直に、端面１００ａから端面１００ｂまで伸びている。
【００１７】
流路１１０のうちの一部を構成する流路１１０ａの一端は、端面１００ａにおいて開口しており、流路１１０ａの他端は、端面１００ｂにおいて封口部１３０により封口されている。複数の流路１１０のうちの残部を構成する流路１１０ｂの一端は、端面１００ａにおいて封口部１３０により封口されており、流路１１０ｂの他端は、端面１００ｂにおいて開口している。ハニカムフィルタ１００において、例えば、流路１１０ａにおける端面１００ａ側の端部はガス流入口として開口しており、流路１１０ｂにおける端面１００ｂ側の端部はガス流出口として開口している。
【００１８】
流路１１０ａ及び流路１１０ｂにおける当該流路の軸方向に垂直な断面は、六角形状である。流路１１０ｂの断面は、例えば、当該断面を形成する辺１４０の長さが互いに略等しい正六角形状であるが、扁平六角形状であってもよい。流路１１０ａの断面は、例えば扁平六角形状であるが、正六角形状であってもよい。流路１１０ａの断面において互いに対向する辺の長さは、互いに略等しい。流路１１０ａの断面は、当該断面を形成する辺１５０として、互いに長さの略等しい二つ（一対）の長辺１５０ａと、互いに長さの略等しい四つ（二対）の短辺１５０ｂと、を有している。短辺１５０ｂは、長辺１５０ａの両側にそれぞれ配置されている。長辺１５０ａ同士は、互いに平行に対向しており、短辺１５０ｂ同士は、互いに平行に対向している。
【００１９】
隔壁１２０は、流路１１０ａ及び流路１１０ｂを仕切る部分として隔壁１２０ａを有している。すなわち、流路１１０ａ及び流路１１０ｂは、隔壁１２０ａを介して互いに隣接している。隣接する流路１１０ｂの間に一つの流路１１０ａが配置されることにより、流路１１０ｂは、流路１１０ｂの配列方向（辺１４０に略直交する方向）において流路１１０ａと交互に配置されている。
【００２０】
流路１１０ｂの辺１４０のそれぞれは、複数の流路１１０ａのいずれか一つの流路の長辺１５０ａと平行に対向している。すなわち、流路１１０ｂを形成する壁面のそれぞれは、流路１１０ａ及び流路１１０ｂの間に位置する隔壁１２０ａにおいて、流路１１０ａを形成する一壁面と平行に対向している。また、流路１１０は、１つの流路１１０ｂと、当該流路１１０ｂを囲む６つの流路１１０ａとを含む構成単位を有しており、当該構成単位において、流路１１０ｂの辺１４０の全てが流路１１０ａの長辺１５０ａと対向している。ハニカムフィルタ１００では、流路１１０ｂの辺１４０の少なくとも一つの長さが、対向する長辺１５０ａの長さと略等しくてもよく、辺１４０のそれぞれの長さが、対向する長辺１５０ａの長さと略等しくてもよい。
【００２１】
隔壁１２０は、互いに隣接する流路１１０ａ同士を仕切る部分として隔壁１２０ｂを有している。すなわち、流路１１０ｂを囲む流路１１０ａ同士は、隔壁１２０ｂを介して互いに隣接している。
【００２２】
流路１１０ａの短辺１５０ｂのそれぞれは、隣接する流路１１０ａの短辺１５０ｂと平行に対向している。すなわち、流路１１０ａを形成する壁面は、隣接する流路１１０ａの間に位置する隔壁１２０ｂにおいて互いに平行に対向している。ハニカムフィルタ１００では、隣接する流路１１０ａの間において、流路１１０ａの短辺１５０ｂの少なくとも一つの長さが、対向する短辺１５０ｂの長さと略等しくてもよく、短辺１５０ｂのそれぞれの長さが、対向する短辺１５０ｂの長さと略等しくてもよい。
【００２３】
図３は、第２実施形態に係るハニカムフィルタを模式的に示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における領域Ｒ２の拡大図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。ハニカムフィルタ２００は、一方の端面（第１の端面）２００ａと、端面２００ａの反対側に位置する他方の端面（第２の端面）２００ｂと、を有している。
【００２４】
ハニカムフィルタ２００は、互いに平行に伸びる複数の流路２１０を有する円柱体である。複数の流路２１０は、ハニカムフィルタ２００の中心軸に平行に伸びる隔壁２２０により仕切られている。複数の流路２１０は、複数の流路（第１の流路）２１０ａと、流路２１０ａに隣接する複数の流路（第２の流路）２１０ｂとを有している。流路２１０ａ及び流路２１０ｂは、端面２００ａ，２００ｂに対して垂直に、端面２００ａから端面２００ｂまで伸びている。
【００２５】
流路２１０のうちの一部を形成する流路２１０ａの一端は、端面２００ａにおいて開口しており、流路２１０ａの他端は、端面２００ｂにおいて封口部２３０により封口されている。複数の流路２１０のうちの残部を形成する流路２１０ｂの一端は、端面２００ａにおいて封口部２３０により封口されており、流路２１０ｂの他端は、端面２００ｂにおいて開口している。ハニカムフィルタ２００において、例えば、流路２１０ａにおける端面２００ａ側の端部はガス流入口として開口しており、流路２１０ｂにおける端面２００ｂ側の端部はガス流出口として開口している。
【００２６】
流路２１０ａ及び流路２１０ｂにおける当該流路の軸方向に垂直な断面は、六角形状である。流路２１０ｂの断面は、例えば、当該断面を形成する辺２４０の長さが互いに略等しい正六角形状であるが、扁平六角形状であってもよい。流路２１０ａの断面は、例えば扁平六角形状であるが、正六角形状であってもよい。流路２１０ａの断面において互いに対向する辺の長さは、互いに異なっている。流路２１０ａの断面は、当該断面を形成する辺２５０として、互いに長さの略等しい三つの長辺２５０ａと、互いに長さの略等しい三つの短辺２５０ｂと、を有している。長辺２５０ａ及び短辺２５０ｂは、互いに平行に対向しており、短辺２５０ｂは、長辺２５０ａの両側にそれぞれ配置されている。
【００２７】
隔壁２２０は、流路２１０ａ及び流路２１０ｂを仕切る部分として隔壁２２０ａを有している。すなわち、流路２１０ａ及び流路２１０ｂは、隔壁２２０ａを介して互いに隣接している。隣接する流路２１０ｂの間には、当該流路２１０ｂの配列方向に略直交する方向に隣接する二つの流路２１０ａが配置されており、当該隣接する二つの流路２１０ａは、隣接する流路２１０ｂの断面の中心同士を結ぶ線を挟んで対称に配置されている。
【００２８】
流路２１０ｂの辺２４０のそれぞれは、複数の流路２１０ａのいずれか一つの流路の長辺２５０ａと平行に対向している。すなわち、流路２１０ｂを形成する壁面のそれぞれは、流路２１０ａ及び流路２１０ｂの間に位置する隔壁２２０ａにおいて、流路２１０ａを形成する一壁面と平行に対向している。また、流路２１０は、１つの流路２１０ｂと、当該流路２１０ｂを囲む６つの流路２１０ａとを含む構成単位を有しており、当該構成単位において、流路２１０ｂの辺２４０の全てが流路２１０ａの長辺２５０ａと対向している。流路２１０ｂの断面の各頂点は、隣接する流路２１０ｂの頂点と流路２１０ｂの配列方向に対向している。ハニカムフィルタ２００では、流路２１０ｂの辺２４０の少なくとも一つの長さが、対向する長辺２５０ａの長さと略等しくてもよく、辺２４０のそれぞれの長さが、対向する長辺２５０ａの長さと略等しくてもよい。
【００２９】
隔壁２２０は、互いに隣接する流路２１０ａ同士を仕切る部分として隔壁２２０ｂを有している。すなわち、流路２１０ｂを囲む流路２１０ａ同士は、隔壁２２０ｂを介して互いに隣接している。
【００３０】
流路２１０ａの短辺２５０ｂのそれぞれは、隣接する流路２１０ａの短辺２５０ｂと平行に対向している。すなわち、流路２１０ａを形成する壁面は、隣接する流路２１０ａの間に位置する隔壁２２０ｂにおいて互いに平行に対向している。また、１つの流路２１０ａは、３つの流路２１０ｂに囲まれている。ハニカムフィルタ２００では、隣接する流路２１０ａの間において、流路２１０ａの短辺２５０ｂの少なくとも一つの長さが、対向する短辺２５０ｂの長さと略等しくてもよく、短辺２５０ｂのそれぞれの長さが、対向する短辺２５０ｂの長さと略等しくてもよい。
【００３１】
流路の軸方向におけるハニカムフィルタ１００，２００の長さは、例えば５０〜３００ｍｍである。ハニカムフィルタ１００，２００の外径は、例えば５０〜２５０ｍｍである。ハニカムフィルタ１００において、辺１４０の長さは、例えば０．４〜２．０ｍｍである。長辺１５０ａの長さは、例えば０．４〜２．０ｍｍであり、短辺１５０ｂの長さは、例えば０．３〜２．０ｍｍである。ハニカムフィルタ２００において、辺２４０の長さは、例えば０．４〜２．０ｍｍである。長辺２５０ａの長さは、例えば０．４〜２．０ｍｍであり、短辺２５０ｂの長さは、例えば０．３〜２．０ｍｍである。隔壁１２０，２２０の厚み（セル壁厚）は、例えば０．１〜０．８ｍｍである。ハニカムフィルタ１００，２００におけるセル密度（例えば、ハニカムフィルタ１００において、端面１００ａにおける流路１１０ａ及び流路１１０ｂの密度の合計）は、５０〜６００ｃｐｓｉが好ましく、１００〜５００ｃｐｓｉがより好ましい。
【００３２】
ハニカムフィルタ１００において、端面１００ａにおける複数の流路１１０ａの開口面積の合計は、端面１００ｂにおける流路１１０ｂの開口面積の合計よりも大きい。ハニカムフィルタ２００において、端面２００ａにおける複数の流路２１０ａの開口面積の合計は、端面２００ｂにおける流路２１０ｂの開口面積の合計よりも大きい。
【００３３】
端面１００ａ，２００ａにおける流路１１０ａ，２１０ａの水力直径は、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が変化し易くなる観点から、１．４ｍｍ以下である。流路１１０ａ，２１０ａの水力直径は、流路内における端面側の領域に被捕集物が堆積することを更に抑制する観点から、０．５ｍｍ以上が好ましく、０．７ｍｍ以上がより好ましい。
【００３４】
端面１００ｂ，２００ｂにおける流路１１０ｂ，２１０ｂの水力直径は、端面１００ａ，２００ａにおける流路１１０ａ，２１０ａの水力直径よりも大きいことが好ましい。端面１００ｂ，２００ｂにおける流路１１０ｂ，２１０ｂの水力直径は、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が更に変化し易くなる観点から、１．７ｍｍ以下が好ましく、１．６ｍｍ以下がより好ましい。流路１１０ｂ，２１０ｂの水力直径は、流路内における端面側の領域に被捕集物が堆積することを更に抑制する観点から、０．５ｍｍ以上が好ましく、０．７ｍｍ以上がより好ましく、０．９ｍｍ以上が更に好ましい。
【００３５】
なお、ハニカムフィルタの形状は、上記のハニカムフィルタ１００，２００のように、第１の流路（流路１１０ａ，２１０ａ）の軸方向に垂直な第１の流路の断面が、第１の辺（長辺１５０ａ，２５０ａ）と、当該第１の辺の両側にそれぞれ配置された第２の辺（短辺１５０ｂ，２５０ｂ）とを有しており、第２の流路（流路１１０ｂ，２１０ｂ）の軸方向に垂直な第２の流路の断面を形成する辺（辺１４０，２４０）のそれぞれが、第１の流路の第１の辺と対向しており、第１の流路の第２の辺のそれぞれが、隣接する第１の流路の第２の辺と対向している形態であってもよいが、必ずしも上述した形状に限定されるものではない。
【００３６】
また、ハニカムフィルタにおける流路の軸方向に垂直な当該流路の断面は、六角形状であることに限定されず、三角形状、矩形状、八角形状、円形状、楕円形状等であってもよい。また、流路には、径の異なるものが混在していてもよく、断面形状の異なるものが混在していてもよい。また、流路の配置は特に限定されるものではなく、流路の中心軸の配置は、正三角形の頂点に配置される正三角形配置、千鳥配置等であってもよい。さらに、ハニカムフィルタは円柱体であることに限られず、楕円柱、三角柱、四角柱、六角柱、八角柱等であってもよい。
【００３７】
上記ハニカムフィルタ１００，２００において隔壁は、多孔質であり、例えば多孔質セラミックス焼結体を含んでいる。隔壁は、流体が透過できるような構造を有している。具体的には、流体が通過し得る多数の連通孔（流通経路）が隔壁内に形成されている。
【００３８】
隔壁の気孔率は、ハニカムフィルタの捕集効率及び圧力損失を更に向上させる観点から、２０体積％以上が好ましく、３０体積％以上がより好ましい。隔壁の気孔率は、７０体積％以下が好ましく、６０体積％以下がより好ましい。隔壁の平均気孔径は、ハニカムフィルタの捕集効率及び圧力損失を更に向上させる観点から、５μｍ以上が好ましく、８μｍ以上がより好ましい。隔壁の平均気孔径は、３０μｍ以下が好ましく、２５μｍ以下がより好ましい。隔壁の気孔率及び平均気孔径は、原料の粒子径、造孔剤の添加量、造孔剤の種類、焼成条件により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。
【００３９】
隔壁の構成材料は、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、ガラス、チタン酸アルミニウム系セラミックス等の酸化物；シリコンカーバイド；窒化珪素が挙げられ、これらの中でも、チタン酸アルミニウム系セラミックスが好ましく、チタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムがより好ましい。
【００４０】
隔壁がチタン酸アルミニウム系セラミックスを含有する場合、Ａｌ2Ｏ3に換算したアルミニウムと、ＴｉＯ2に換算したチタンとのモル比（アルミニウム：チタン）は、３５：６５〜４５：５５が好ましく、４０：６０〜４５：５５がより好ましい。隔壁がチタン酸アルミニウムマグネシウムを含有する場合、チタン酸アルミニウムマグネシウムの組成式は、例えばＡｌ２（１−ｘ）ＭｇｘＴｉ（１＋ｘ）Ｏ５であり、ｘの値は、０．０３以上が好ましく、０．０３〜０．２０がより好ましく、０．０３〜０．１８が更に好ましい。
【００４１】
チタン酸アルミニウム系セラミックスを含有する隔壁は、例えば、主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる多孔性セラミックスから形成されている。「主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる」とは、セラミックス焼成体を構成する主結晶相がチタン酸アルミニウム系結晶相であることを意味し、チタン酸アルミニウム系結晶相は、例えば、チタン酸アルミニウム結晶相、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶相である。
【００４２】
チタン酸アルミニウム系セラミックスを含有する隔壁は、ケイ素源粉末由来のガラス相を含んでいてもよい。ガラス相は、ＳｉＯ２が主要成分である非晶質相を指す。また、チタン酸アルミニウム系セラミックスを含有する隔壁は、チタン酸アルミニウム系結晶相やガラス相以外の結晶相を含んでいてもよい。このような結晶相としては、セラミックス焼成体の作製に用いる原料由来の相等を挙げることができる。原料由来の相は、例えば、ハニカムフィルタの製造に際してチタン酸アルミニウム系結晶相を形成することなく残存したアルミニウム源粉末、チタン源粉末、マグネシウム源粉末等に由来する相であり、アルミナ、チタニア、マグネシア等の相が挙げられる。隔壁を形成する結晶相は、Ｘ線回折スペクトルにより確認することができる。
【００４３】
ハニカムフィルタ１００，２００は、例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関からの排ガス中に含まれるすす等の被捕集物を捕集するパティキュレートフィルタとして適する。例えば、ハニカムフィルタ１００では、図２に示すように、端面１００ａから流路１１０ａに供給されたガスＧが、隔壁１２０内の連通孔を通過して隣の流路１１０ｂに到達し、端面１００ｂから排出される。このとき、ガスＧ中の被捕集物が隔壁１２０の表面や連通孔内に捕集されてガスＧから除去されることにより、ハニカムフィルタ１００はフィルタとして機能する。ハニカムフィルタ２００についても、同様にフィルタとして機能する。
【００４４】
＜ハニカムフィルタの製造方法＞
次に、ハニカムフィルタの製造方法について説明する。ハニカムフィルタの製造方法は、例えば、無機化合物粉末や添加剤を含む原料混合物を調製する原料調製工程と、原料混合物を成形して、流路を有する成形体を得る成形工程と、成形体を焼成する焼成工程と、を備え、成形工程と焼成工程の間、又は、焼成工程の後に、各流路の一端を封口する封口工程を更に備える。以下、隔壁がチタン酸アルミニウム系セラミックスを含む場合を一例として、ハニカムフィルタの製造方法を説明する。
【００４５】
［原料調製工程］
原料調製工程では、無機化合物粉末と添加剤とを混合した後に混練して原料混合物を調製する。無機化合物粉末は、例えば、α−アルミナ粉末等のアルミニウム源粉末、及び、アナターゼ型やルチル型のチタニア粉末等のチタン源粉末（チタニウム源粉末）を含み、必要に応じて、マグネシア粉末やマグネシアスピネル粉末等のマグネシウム源粉末、及び／又は、酸化ケイ素粉末やガラスフリット等のケイ素源粉末を更に含むことができる。各原料粉末は、１種又は２種以上のいずれでもよい。各原料粉末は、その原料由来又は製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
【００４６】
各原料粉末について、レーザ回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％相当粒径（中心粒径、Ｄ５０）は下記の範囲が好ましい。アルミニウム源粉末のＤ５０は、例えば２０〜６０μｍである。チタン源粉末のＤ５０は、例えば０．１〜２５μｍである。マグネシウム源粉末のＤ５０は、例えば０．５〜３０μｍである。ケイ素源粉末のＤ５０は、例えば０．５〜３０μｍである。
【００４７】
原料混合物には、チタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムが含まれていてもよい。例えば、原料混合物の構成成分としてチタン酸アルミニウムマグネシウムを使用する場合、チタン酸アルミニウムマグネシウムは、アルミニウム源、チタン源及びマグネシウム源を兼ね備えた原料混合物に相当する。
【００４８】
添加剤としては、例えば、造孔剤（孔形成剤）、バインダ、可塑剤、分散剤、溶媒が挙げられる。
【００４９】
造孔剤としては、焼成工程において成形体を脱脂・焼成する温度以下で消失する素材によって形成されたものを使用することができる。脱脂や焼成において、造孔剤を含有する成形体が加熱されると、造孔剤は燃焼等によって消滅する。これにより、造孔剤が存在していた箇所に空間ができると共に、この空間同士の間に位置する無機化合物粉末が焼成の際に収縮することにより、流体を流すことができる連通孔を隔壁内に形成することができる。
【００５０】
造孔剤は、例えば、トウモロコシ澱粉、大麦澱粉、小麦澱粉、タピオカ澱粉、豆澱粉、米澱粉、エンドウ澱粉、サンゴヤシ澱粉、カンナ澱粉、ポテト澱粉（馬鈴薯デンプン）である。造孔剤において、レーザ回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％相当粒径（Ｄ５０）は、例えば５〜５０μｍである。原料混合物が造孔剤を含有する場合、造孔剤の含有量は、例えば、無機化合物粉末１００質量部に対して１〜２５質量部である。
【００５１】
バインダは、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロース等のセルロース類；ポリビニルアルコール等のアルコール類；リグニンスルホン酸塩等の塩；パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等のワックスである。原料混合物におけるバインダの含有量は、例えば、無機化合物粉末１００質量部に対して２０質量部以下である。
【００５２】
可塑剤は、例えばグリセリン等のアルコール類；カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸；ステアリン酸Ａｌ等のステアリン酸金属塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル（例えばポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル）である。原料混合物における可塑剤の含有量は、例えば、無機化合物粉末１００質量部に対して１０質量部以下である。
【００５３】
分散剤は、例えば、硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸；シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸；メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類；ポリカルボン酸アンモニウムである。原料混合物における分散剤の含有量は、例えば、無機化合物粉末１００質量部に対して２０質量部以下である。
【００５４】
溶媒は、例えば水であり、不純物が少ない点で、イオン交換水が好ましい。原料混合物が溶媒を含有する場合、溶媒の含有量は、例えば、無機化合物粉末１００質量部に対して１０〜１００質量部である。
【００５５】
［成形工程］
成形工程では、ハニカム構造を有するグリーンハニカム成形体を得る。成形工程では、例えば、一軸押出機により原料混合物を混練しながらダイから押出す、いわゆる押出成形法を採用することができる。
【００５６】
［焼成工程］
焼成工程では、成形工程において得られたハニカム構造のグリーンハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る。焼成工程では、成形体の焼成前に、成形体中（原料混合物中）に含まれるバインダ等を除去するための仮焼（脱脂）が行われてもよい。成形体の焼成において、焼成温度は、通常１３００℃以上であり、好ましくは１４００℃以上である。また、焼成温度は、通常１６５０℃以下であり、好ましくは１５５０℃以下である。昇温速度は特に限定されるものではないが、通常１〜５００℃／時間である。焼成時間は、無機化合物粉末がチタン酸アルミニウム系結晶に遷移するのに充分な時間であればよく、原料の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気等により異なるが、通常は１０分〜２４時間である。
【００５７】
［封口工程］
封口工程は、成形工程と焼成工程の間、又は、焼成工程の後に行われる。成形工程と焼成工程の間に封口工程を行う場合、成形工程において得られた未焼成のグリーンハニカム成形体の各流路の一方の端部を封口材で封口した後、焼成工程においてグリーンハニカム成形体と共に封口材を焼成することにより、流路の一方の端部を封口する封口部を備えるハニカムフィルタが得られる。焼成工程の後に封口工程を行う場合、焼成工程において得られたハニカム焼成体の各流路の一方の端部を封口材で封口した後、ハニカム焼成体と共に封口材を焼成することにより、流路の一方の端部を封口する封口部を備えるハニカムフィルタが得られる。封口材としては、上記グリーンハニカム成形体を得るための原料混合物と同様の混合物を用いることができる。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
＜ハニカムフィルタの作製＞
（実施例１）
Ａｌ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末、ＭｇＯ粉末、ＳｉＯ２粉末、チタン酸アルミニウムマグネシウムとアルミナとアルミノシリケートガラスとの複合相をもつセラミックス粉末（仕込み時の組成式：４１．４Ａｌ２Ｏ３−４９．９ＴｉＯ２−５．４ＭｇＯ−３．３ＳｉＯ２、式中の数値はモル比を表す）、造孔剤、有機バインダ、可塑剤及び水を含む原料混合物を調製した。原料混合物中の主な成分の含有量は下記の値に調整した。
【００６０】
［原料混合物の成分］
Ａｌ２Ｏ３粉末：３７．３質量部
ＴｉＯ２粉末：３７．０質量部
ＭｇＯ粉末：１．９質量部
ＳｉＯ２粉末：３．０質量部
セラミックス粉末：８．８質量部
造孔剤：Ｄ５０が２５μｍの馬鈴薯澱粉、１２．０質量部
有機バインダ１：メチルセルロース（三星精密化学社製：ＭＣ−４０Ｈ）、５．５質量部
有機バインダ２：ヒドロキシプロピルメチルセルロース（三星精密化学社製：ＰＭＢ−４０Ｈ）、２．４質量部
可塑剤１：グリセリン、０．４質量部
可塑剤２：ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル、４．６質量部
水：２８．４質量部
【００６１】
上記の原料混合物を混練した後に押出成形してグリーンハニカム成形体を得た。次に、グリーンハニカム成形体を封口・焼成することにより、図３，４に示す構造を有する円柱状のハニカムフィルタ（ＤＰＦ）を作製した。焼成温度は、１５００℃であった。ハニカムフィルタのチタン酸アルミニウム化率（ＡＴ化率）を測定したところ１００％であった。なお、ＡＴ化率は、ハニカムフィルタを乳鉢にて解砕して得られる粉末の粉末Ｘ線回折スペクトルにおける２θ＝２７．４°の位置に現れるピーク（チタニア・ルチル相（１１０）面）の積分強度（ＩＴ）と、２θ＝３３．７°の位置に現れるピーク（チタン酸アルミニウムマグネシウム相（２３０）面）の積分強度（ＩＡＴ）とから、下記式により算出した。
ＡＴ化率（％）＝ＩＡＴ／（ＩＴ＋ＩＡＴ）×１００
【００６２】
流路の軸方向におけるハニカムフィルタの長さは１５２ｍｍ（６．００インチ）であった。ハニカムフィルタの外径は１４４ｍｍ（５．６６インチ）であった。流路の密度（セル密度）は３５０ｃｐｓｉであった。正六角形状の流路の一辺の長さは１．２ｍｍであった。扁平六角形状の流路における長辺の長さは１．２ｍｍであり、短辺の長さは１．１ｍｍであった。流路間の隔壁の厚みは０．３１ｍｍ（１２．３ｍｉｌ）であった。隔壁の気孔率は４５体積％であり、隔壁の平均気孔径は、１５μｍであった。
【００６３】
ハニカムフィルタの一端面における扁平六角形状の流路の開口面積の合計は、ハニカムフィルタの他端面における正六角形状の流路の開口面積の合計よりも大きいものであった。ハニカムフィルタの一端面における扁平六角形状の各流路の水力直径は、１．１ｍｍであった。ハニカムフィルタの他端面における正六角形状の各流路の水力直径は、１．２ｍｍであった。
【００６４】
（比較例１）
ＳｉＣからなる隔壁により仕切られた互いに平行な複数の流路を有する円柱体をハニカムフィルタとして準備した。複数の流路は、複数の流路Ａ１と、水力直径が流路Ａ１と異なる複数の流路Ｂ１とを有しており、流路Ａ１及び流路Ｂ１は交互に配置されていた。ハニカムフィルタの一方の端面Ｆ１１において流路Ａ１は開口しており、ハニカムフィルタの他方の端面Ｆ１２において流路Ａ１は封口されていた。端面Ｆ１１において流路Ｂ１は封口されており、端面Ｆ１２において流路Ｂ１は開口していた。
【００６５】
流路の軸方向におけるハニカムフィルタの長さは１５２ｍｍ（６．００インチ）であった。ハニカムフィルタの外径は１４４ｍｍ（５．６６インチ）であった。流路の密度（セル密度）は１６０ｃｐｓｉであった。流路間の隔壁の厚みは０．３８ｍｍ（１５ｍｉｌ）であった。
【００６６】
端面Ｆ１１における流路Ａ１の開口面積の合計は、端面Ｆ１２における流路Ｂ１の開口面積の合計よりも大きいものであった。端面Ｆ１１における流路Ａ１の水力直径は、２．０ｍｍであった。端面Ｆ１２における流路Ｂ１の水力直径は、１．２ｍｍであった。
【００６７】
（比較例２）
ＳｉＣからなる隔壁により仕切られた互いに平行な複数の流路を有する円柱体をハニカムフィルタとして準備した。複数の流路は、複数の流路Ａ２と、水力直径が流路Ａ２と異なる複数の流路Ｂ２とを有しており、流路Ａ２及び流路Ｂ２は交互に配置されていた。ハニカムフィルタの端面Ｆ２１において流路Ａ２は開口しており、ハニカムフィルタの端面Ｆ２２において流路Ａ２は封口されていた。端面Ｆ２１において流路Ｂ２は封口されており、端面Ｆ２２において流路Ｂ２は開口していた。
【００６８】
流路の軸方向におけるハニカムフィルタの長さは１５２ｍｍ（６．００インチ）であった。ハニカムフィルタの外径は１４４ｍｍ（５．６６インチ）であった。流路の密度（セル密度）は２８０ｃｐｓｉであった。流路間の隔壁の厚みは０．２８ｍｍ（１０．９ｍｉｌ）であった。
【００６９】
端面Ｆ２１における流路Ａ２の開口面積の合計は、端面Ｆ２２における流路Ｂ２の開口面積の合計よりも大きいものであった。端面Ｆ２１における流路Ａ２の水力直径は、１．５ｍｍであった。端面Ｆ２２における流路Ｂ２の水力直径は、０．９ｍｍであった。
【００７０】
＜圧力損失測定＞
スス堆積時の圧力損失測定を以下のとおり実施した。図５は、圧力損失の測定装置を模式的に示す図である。圧力損失測定には、スス発生装置（Ｍａｔｔｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社製、商品名：ＲＥＸＳ）４００、及び、大型コンプレッサー装置４１０を用いた。ハニカムフィルタにおける流路の開口面積の合計が大きい方の端面をスス発生装置４００に接続し、ハニカムフィルタ（ＤＰＦ）とスス発生装置４００とを接続する配管にコンプレッサー装置４１０を接続した。
【００７１】
スス発生装置４００には、プロパンガスを流量２Ｌ／ｍｉｎで供給し、窒素ガスを流量２Ｌ／ｍｉｎで供給し、空気を流量１０００Ｌ／ｍｉｎで供給した。スス発生装置４００から発生するススは、プロパンガスを不完全燃焼することによって生成する人工的なススである。スス発生装置４００では、空気流量や酸素濃度等によってススの平均粒子径を制御することができる。測定に際しては、ススの平均粒子径を約９０ｎｍに調整した。ススを含む空気の流量はコンプレッサー装置４１０により２００Ｎｍ３ｈ−１に調整した。
【００７２】
スス堆積時の圧力損失挙動を把握するため、ハニカムフィルタ内部にススを供給しつつハニカムフィルタ前後の差圧（図５中の圧力Ｐ１と圧力Ｐ２の差圧ΔＰ）を記録した。実施例１及び比較例１，２のハニカムフィルタを用いてスス堆積量の増加に伴う圧力損失を測定した結果を図６に示す。図６に示されるように、実施例１では、比較例１，２に比して、被捕集物の堆積量に応じて圧力損失が増加し易いことが確認された。
【符号の説明】
【００７３】
１００，２００…ハニカムフィルタ、１００ａ，２００ａ…一方の端面（第１の端面）、１００ｂ，２００ｂ…他方の端面（第２の端面）、１１０，２１０…流路、１１０ａ，２１０ａ…流路（第１の流路）、１１０ｂ，２１０ｂ…流路（第２の流路）、１２０，２２０…隔壁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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